
2025-12-05
在國家火星探測任務推動下,火星沙塵循環(huán)(含全球性沙塵暴 GDS)對其天氣氣候的重要性備受關注。為填補我國自主火星大氣數(shù)值模擬空白,大氣所依托多項目聯(lián)合資助,研發(fā)火星大氣環(huán)流模式 GoMars。該模式引入沙塵湍流混合過程、約束地表起沙通量,完整涵蓋沙塵抬升、平流、沉降等關鍵過程,完成 50 個火星年模擬,系統(tǒng)揭示了火星沙塵循環(huán)的多時間尺度變率特征。
在國家火星探測任務的驅動下,對火星天氣氣候系統(tǒng)有重要影響的沙塵活動成為中國行星大氣科學家研究的重要議題之一。從廣義上看,火星的沙塵循環(huán)系統(tǒng)涵蓋了所有與沙塵相關的過程與機制,其中包含各種尺度的沙塵暴。這一系統(tǒng)在塑造火星日常天氣的同時,更在其長期氣候演化中扮演著核心角色。其中,“隨機”爆發(fā)的全球性沙塵暴(Global Dust Storm,簡稱GDS),是典型的極端天氣事件,也是引發(fā)火星氣候出現(xiàn)顯著年際變率的主要驅動...
2025-11-26
全球變暖下,海洋受多氣候影響因子復合作用,而以往研究多聚焦單因子,復合變化定義成難點。11月25日,中科院大氣所牽頭聯(lián)合國際團隊在《Nature Climate Change》發(fā)表論文,提出復合氣候影響因子定義與評估框架,引入涌現(xiàn)時間分離趨勢信號與短期變率,給出監(jiān)測方法及暴露度指標,可三維識別海洋復合變化。
在全球氣候變化背景下,海洋正同時承受多個氣候影響因子的共同作用和影響,也即“復合氣候影響因子(Compound climatic impact-drivers)”:例如海洋變暖、變咸/變淡、缺氧、酸化等多個要素同時同地發(fā)生顯著變化,并通過聯(lián)合、疊加、因果效應等復雜相互作用,往往會使海洋生態(tài)系統(tǒng)承受的環(huán)境壓力呈現(xiàn)“1+1>2”的效應。但是,以往海洋氣候研究及風險評估往往針對單個氣候影響因子開展,然而海洋生物在同一時刻會受到多個要素的...
2025-11-26
數(shù)據驅動天氣預報模型面臨極端事件低估和不確定性量化不足的挑戰(zhàn),根源在于未能顯式表征初始條件、模式偏差和隨機過程三種不確定性來源。中國科學院大氣物理研究所陳曦研究員團隊提出的GenEPS系統(tǒng),通過學習大氣狀態(tài)高維概率分布并采用隨機微分方程編輯技術,為確定性預報模式賦予集合預報能力,有效解決多模式融合問題。
中國科學院大氣物理研究所陳曦研究員團隊在數(shù)據驅動的集合預報算法研究上取得重要進展。相關研究成果以“生成式超級集合增強天氣預報”(Boosting weather forecast via generative superensemble)為題,發(fā)表于《npj climate and atmospheric science》。數(shù)據驅動天氣預報模型雖已在計算效率和確定性預報技巧上接近傳統(tǒng)數(shù)值模式,但仍面臨預報場過度平滑導致極端事件被系統(tǒng)性低估以及缺乏可靠不確定性量化能力等關鍵挑戰(zhàn),其根...
2025-11-14
熱帶氣旋的致災潛力由強度與尺度共同決定,其中尺度表征大風風場的覆蓋范圍,且相較于強度具有顯著非對稱特征。為厘清熱帶氣旋尺度非對稱演變的物理特征,中國科學院大氣物理研究所陳光華團隊聚焦垂直風切變這一關鍵環(huán)境因子,通過統(tǒng)計分析與數(shù)值模擬,系統(tǒng)探究不同強度垂直風切變對熱帶氣旋尺度非對稱演變的影響,為熱帶氣旋尺度預報的提升提供科學指導。
熱帶氣旋的致災潛力由強度與尺度共同決定,其中尺度表征大風風場的覆蓋范圍,且相較于強度具有顯著非對稱特征。隨著我國社會經濟快速發(fā)展,精細化熱帶氣旋尺度預報成為提升災害防御能力的迫切需求。但當前熱帶氣旋尺度預報能力仍顯不足,主要原因在于對尺度非對稱演變的影響因子及物理機制認識尚不夠深入和完善。為厘清熱帶氣旋尺度非對稱演變的物理特征,中國科學院大氣物理研究所陳光華團隊聚焦垂直風切變這一關鍵環(huán)境因子,...
2025-10-24
中國科學院大氣物理研究所地球系統(tǒng)數(shù)值模擬與應用全國重點實驗室陳曦研究員團隊自主研發(fā)了高性能動力框架 LMARSpy,采用A網格來儲存變量,使用專為大氣定制的低馬赫數(shù)黎曼求解器(LMARS)求解可壓縮歐拉方程組,兼具高精度與高穩(wěn)定性。
全球數(shù)值天氣預報正邁入千米級非靜力模擬的新時代。然而,高分辨率非靜力模式面臨三大核心挑戰(zhàn):第一,模式在不連續(xù)區(qū)域中容易出現(xiàn)非物理振蕩,影響模擬的真實性;第二,能精細刻畫垂直運動的非靜力模式,其時間積分步長受限于垂直CFL條件,導致計算效率受制明顯;第三,隨著GPU為代表的異構算力的爆發(fā)式增長,異構計算已成為高性能計算(HPC)的核心發(fā)展方向,然而氣象模式對異構算力的適配不足。這些瓶頸制約著未來全球公里級...
2025-10-10
數(shù)值模式是認識氣候系統(tǒng)、開展天氣氣候預測的核心工具,提高其水平分辨率可更精準捕獲中小尺度對流與復雜地形區(qū)環(huán)流特征,助力提升極端降水模擬預測能力。面向下一屆CMIP7模式比較計劃,中國科學院大氣物理研究所最新研發(fā)出CAS FGOALS-f3氣候系統(tǒng)模式的大氣分量模式FAMIL 12.5km高分辨率版本,并完成1979~2021年近40年的大氣模式比較計劃(AMIP)標準試驗。
數(shù)值模式是認識氣候系統(tǒng)和開展天氣氣候預測的核心工具,提高模式的水平分辨率能更準確捕獲中小尺度對流和復雜地形區(qū)的環(huán)流特征,有助于提高對極端降水的模擬和預測。面向下一屆CMIP7模式比較計劃,中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室(LASG)最新研發(fā)了CAS FGOALS-f3氣候系統(tǒng)模式的大氣分量模式FAMIL 12.5km高分辨率版本,并完成了1979~2021年近40多年的大氣模式比較計劃(AMIP)標準試驗。...
2025-10-09
9 月 30 日,《Nature Reviews Earth & Environment》發(fā)表中科院大氣所牽頭、19 家單位合作的綜述論文,該研究獲地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置(EarthLab)等支持。研究顯示,1960 年以來全球上層 2000 米海洋層結每十年增 0.8±0.1%,熱帶為主且由溫度驅動。依托相關模擬手段,CMIP6 模式預估:低排放情景下本世紀 50-60 年代層結或降,中高排放則持續(xù)增強。
全球氣候變化背景下,隨著海洋溫度、鹽度變化,海洋“上輕、下重”的密度層結特征顯著增強,這是海洋氣候變化的一個核心特征,具有重要的氣候和生態(tài)意義。探究海洋層結變化事實、機制并揭示其氣候影響,是海洋和氣候變化研究領域的熱點和焦點問題。9月30日,Nature Reviews Earth & Environment發(fā)表了由中國科學院大氣物理研究所牽頭、聯(lián)合國內外19家單位的研究人員共同撰寫的綜述論文(題目:Ocean stratification in a warmin...
2025-09-16
氣候模式模擬存系統(tǒng)性偏差與空間分辨率不足問題,現(xiàn)有國際計劃存計算資源消耗大等局限。中國科學院大氣物理研究所團隊提出 MVGDM,可將全球氣候模式輸出分辨率從約 100 公里降至 25 公里并校正偏差,應用于 GFDL-ESM4 模式關鍵變量成效顯著,還能改善多變量相關偏差,優(yōu)于部分模型與傳統(tǒng)方法。
氣候模式模擬是研究氣候變化的重要工具,為理解氣候變化、制定適應性政策以及降低氣候風險提供了重要依據。然而,當前氣候模式的發(fā)展仍面臨兩個核心挑戰(zhàn):模式本身的系統(tǒng)性偏差和空間分辨率不足。模式偏差會導致全球和區(qū)域尺度上的模擬與預測出現(xiàn)誤差,在極端天氣事件的模擬中尤為明顯;有限的分辨率則限制了模型對中小尺度過程(如對流、熱帶氣旋等)的表征能力,影響了極端事件模擬和區(qū)域氣候分析的可靠性。已有一些國際計劃...
2025-09-10
中國科學院大氣物理研究所李婷婷研究團隊聯(lián)合多家單位開展了系統(tǒng)綜述,全面評估了現(xiàn)有關于濕地CH?排放、陸地CH?吸收和陸地N?O排放的研究進展。
中國自然陸地生態(tài)系統(tǒng)長期受到人類活動的深刻影響,如濕地墾殖、植樹造林和草地退化等,這些過程顯著改變了甲烷(CH?)與氧化亞氮(N?O)的源匯格局,也增加了科學評估的不確定性。然而,現(xiàn)有研究多集中于單一氣體或單一生態(tài)系統(tǒng),且方法上往往依賴單一途徑,難以全面揭示中國非?CO?溫室氣體的整體收支與綜合變暖效應(GWP)。針對這一問題,中國科學院大氣物理研究所李婷婷研究團隊聯(lián)合多家單位開展了系統(tǒng)綜述,全面評估了...
2025-08-04
青藏高原是全球氣候重要的地形強迫,長久以來,人們對青藏高原冬季氣候影響的認知,主要集中在其對西風氣流的阻擋作用上。本研究結果表明,青藏高原的非絕熱冷卻異常主要集中在近地表淺層(厚度約88 hPa),地面強度最強,向上迅速衰減,呈現(xiàn)“下重上輕”的垂直結構。冬季高原的非絕熱冷卻異常有兩個重要作用,一方面,能夠激發(fā)沿著高原斜坡的近地層異常下降流(katabatic flow);另一方面,冷卻相關的垂直結構能夠在高原近地層制造大量正PV。由冬季高原地表冷卻激發(fā)的異常下降流,能夠攜帶正PV進入西伯利亞高壓區(qū),削弱西伯利亞高壓,進而減弱東亞冬季風,引起我國冬季偏暖。
位渦(PV)是理解大氣運動的重要理論工具。根據PV理論,地表的熱力異常是制造PV,驅動大氣環(huán)流異常的源動力。青藏高原是全球氣候重要的地形強迫,長久以來,人們對青藏高原冬季氣候影響的認知,主要集中在其對西風氣流的阻擋作用上。那么,冬季高原的熱力異常是否能夠參與區(qū)域氣候調控?高原地表的非絕熱冷卻異常通過什么樣的大氣過程影響周圍區(qū)域氣候?近日,中國科學院大氣物理研究所生宸副研究員、吳國雄院士、劉屹岷研究員...
2025-07-29
通過對古氣候重建、同化數(shù)據及多模式模擬數(shù)據的對比分析,新研究發(fā)現(xiàn)在冰期-間冰期時間尺度上,海洋熱含量變化存在顯著的“型態(tài)效應”。
最近的觀測和模擬研究表明,過去90萬年以來在冰期-間冰期循環(huán)尺度上,海洋平均溫度變化與全球平均海表溫度變化相當,即海洋熱儲存效率約等于1(Zhu et al., 2024; Clark et al., 2025)。如末次冰消期(距今約2萬年至1萬年前)平均海表溫度升高了約3°C,與此同時海洋平均溫度也升高了約3°C,對應海洋熱含量增加約17*1024焦耳。對冰消期海洋熱含量及海洋熱儲存效率的研究將深化我們對長時間尺度上海洋熱儲庫作用的理解。通過對...
2025-07-16
中國科學院大氣物理研究所等研究團隊,基于DEEPC地表能量平衡數(shù)據、再分析資料和CMIP6高分辨率模式計劃(HighResMIP)結果,考察了全球和亞洲季風區(qū)Fs 的模擬偏差及其來源。
地表能量收支是大氣與下墊面之間的能量交換,通常用凈地表能量通量(Fs)來量化(圖1)。地表能量收支可以調節(jié)地表溫度和蒸散量來控制陸面氣候過程和水循環(huán),其變化會改變植物的光合作用、生產力和二氧化碳吸收,從而影響全球能量、水和碳循環(huán)過程。因此,F(xiàn)s的合理模擬對地球能量收支和地表過程研究至關重要。中國科學院大氣物理研究所李劍東和劉屹岷研究員聯(lián)合廣東海洋大學的廖曉晴博士、劉春雷教授與曹寧副教授及英國雷丁大學...
2025-05-30
針對“動力-物理相互作用對灰區(qū)CPS分辨率敏感性的影響”,中國科學院大氣物理研究所地球系統(tǒng)數(shù)值模擬與應用全國重點實驗室李立娟研究員系統(tǒng)評估了KF方案在灰區(qū)尺度下的分辨率敏感性,揭示了動力-物理相互作用對KF方案分辨率依賴性的作用機制。
對流參數(shù)化方案(CPS)的分辨率敏感性是天氣與氣候模擬中的重要問題,主要體現(xiàn)在不同網格分辨率下對流過程對模擬結果的影響。隨著模式分辨率逐步提升至“灰區(qū)”(1–10 km),部分對流可顯式解析,部分仍需參數(shù)化。因此,基于傳統(tǒng)CPS的模式模擬表現(xiàn)出較大不確定性。目前相關研究多將分辨率敏感性歸因于CPS本身,然而針對模式內部動力與物理過程、特別是動力-物理之間的復雜相互作用對CPS分辨率敏感性的影響尚未被深入研究,這使...
2025-05-22
研究發(fā)現(xiàn),南亞夏季風在過去暖期和未來預估中呈現(xiàn)類似的變化特征,表現(xiàn)為南亞地區(qū)降水總體增加,孟加拉灣季風槽環(huán)流減弱,阿拉伯海北部季風環(huán)流增強。季風降水的增加,一方面來源于全球平均增暖引起的大氣水汽含量增加,與之相關的熱力項遵循“濕更濕,干更干”特征;另一方面來源于副熱帶歐亞大陸及北非地表增暖加劇所驅動的季風環(huán)流變化,通過溫度平流導致南亞地區(qū)動力項呈現(xiàn)“南干北濕”的非均勻空間格局。
近日,中國科學院大氣物理研究所周天軍研究員團隊在Nature發(fā)表題為“Past warm intervals inform the future South Asian summer monsoon”的研究論文,揭示了不同氣候增暖背景下南亞夏季風變化機制的一致性,強調了古氣候參照物在提升未來氣候預估準確性方面的重要潛力。該研究綜合了國際耦合模式比較計劃CMIP6所涵蓋的過去和未來共六種增暖情景,包括中上新世(~3.3–3百萬年前)、末次間冰期(~12.7萬年前)、中全新世(~600...
2025-04-17
極端降水事件因其致災性而備受關注,但深入理解和準確預測極端降水仍然是一項巨大的挑戰(zhàn)。除頻率和強度外,降水的持續(xù)時間也是衡量降水極端性的重要指標。然而,IPCC指出,目前關于降水持續(xù)性的研究仍較為有限。在本研究中,我們聚焦于全球海洋模態(tài)與中國夏季極端持續(xù)性降水(SEPP)之間的月際至年際預測問題。
極端降水事件因其致災性而備受關注,但深入理解和準確預測極端降水仍然是一項巨大的挑戰(zhàn)。除頻率和強度外,降水的持續(xù)時間也是衡量降水極端性的重要指標。然而,IPCC指出,目前關于降水持續(xù)性的研究仍較為有限。在本研究中,我們聚焦于全球海洋模態(tài)與中國夏季極端持續(xù)性降水(SEPP)之間的月際至年際預測問題。研究基于1961–2020年臺站逐日降水數(shù)據和多套格點觀測數(shù)據,篩選出包括ENSO、印度洋海溫海盆一致模(IOB)、太平洋年...